超高層建筑應急疏散擁擠踩踏事故形成機理研究

蔣思敏 JIANG Si-min；焦天驁 JIAO Tian-ao；朱菀婷 ZHU Wan-ting

（①北方工業大學建筑與藝術學院，北京 100144；②北方工業大學土木工程學院，北京 100144）

0 引言

近年來，隨著經濟與科技的高速發展，國內超高層建筑事業蓬勃發展，涌現了一大批超高層建筑。據1972年召開的國際高層建筑會議，將超過100m 或40 層的建筑規定為超高層建筑。我國《民用建筑設計通則》GB50352-2005 規定：建筑高度超過100m 時，不論住宅及公共建筑均為超高層建筑。根據世界高層建筑與都市人居學會（CTBUH）2020 發布的數據顯示，國內150m 以上的超高層建筑有2581 座，200m 以上的超高層建筑有861 座，300m以上的超高層建筑有99 座，三者數量均位居全球第一。且目前全世界40%的超高層建筑均在中國，世界十大已建成超高層建筑排名中中國占有五位，如上海中心大廈、深圳平安金融大廈等。

超高層建筑在提高土地資源利用率、推動建筑工程技術進步和促進城市社會經濟的發展的同時，也給建筑安全疏散帶來了很大的挑戰。超高層建筑疏散時會面臨人員密度大、垂直疏散距離長、樓梯間坡度更大、空間更狹小等問題，因此，超高層建筑應急疏散時極易發生擁擠踩踏事故。目前國內有關應急擁擠踩踏事故機理的研究主要是針對學校、廣場、大型公共活動、地鐵、商業綜合體等水平疏散為主的場景，但是鮮有對以垂直疏散為主的超高層建筑應急疏散擁擠踩踏事故機理的研究。

1 研究方法

陳安等[1]認為目前對突發事件演化機理為出發點的研究方式主要有階段型、擴散型、因果型、情景型等方式，其中階段型研究方法在目前所有方式中較為成熟并取得了豐富的研究成果，主要是通過時間和順序對突發事件進行階段性劃分并研究。

2.情境激趣：作文中，教師精心創設情境，使學生有話可寫，在輕松的氛圍中，找到需要表達的內容 。記得有一次作文課上，我準備了幾張紙條，上面寫著“洋洋得意”“哈哈大笑”“愁眉苦臉”等有關人物表情的詞語，找同學抽簽并表演，其他同學根據他們的表情來寫作，這樣一堂課就在輕松的氛圍中結束了，同學們興趣濃厚。

人群擁擠踩踏事故風險四階段理論最早由張青松等[2]于2009年提出，該理論是在經典風險理論、事故致因突變理論等理論的基礎上，針對特定區域人群運動規律、擁擠踩踏事故致因及形成、演變機理和預測方法進行研究的理論體系。該理論將人群擁擠踩踏事故發生分為自由移動、滯留、擁擠和踩踏四個階段。王藍茗[3]指出自由移動階段并不是踩踏事故的萌芽階段，并根據擾動起源論將人群聚集看成踩踏事故的起源事件，即將人群擁擠踩踏事故發生分為人群聚集、滯留、擁擠和踩踏四個階段，對四階段理論進行了改進。本文基于改進后的四階段理論模型，進一步研究超高層建筑應急疏散擁擠踩踏事故形成機理。

2 超高層建筑的特點及人群特點

2.1 超高層建筑的特點

超高層建筑擁擠踩踏事故的擁擠階段主要發生在樓梯間入口和樓梯間，滯留時間過長，超高層建筑內人群幾乎都疏散到了樓梯間入口和樓梯間，人群密度達到了峰值，進入人群擁擠階段，此時人群開始表現出推擠、碰撞等行為。人群在擁擠的環境下會產生恐懼心理，再加上滯留時間過長，這一恐懼心理會不斷向四周的人群進行擴散、傳播，人群會表現出推擠等急躁行為，加速擁擠狀況的形成。

②人群構成復雜。超高層建筑可作為住宅用于人們居住，也可作為辦公樓用于工作人員辦公，或是作為商業綜合體集都市觀光、時尚餐飲、購物休閑等為一體。故超高層建筑內會有各種各樣的人群，他們在性別、年齡、學歷、職業、素質、宗教信仰、文化等方面存在著很多差異，在管理方面存在很大的困難，如火災、異常振動等突發事件來臨疏散時，具備一定疏散技能的人會比沒有疏散技能的人更安全，踩踏事故中像在身體素質上相對弱于男性、青年的幼兒、老年人、女性會更危險。

③建筑材料與結構復雜。超高層建筑的功能多樣，不同空間因使用功能不同使用的材料也有所差異。若建筑中使用過多的易燃材料，發生火災的風險會增加，且發生火災后各種材料釋放的有毒氣體會增加火災疏散的難度。超高層建筑因其垂直高度大故結構十分復雜，在臺風的作用下會出現結構失穩、異常振動等問題。

2.2 超高層建筑的人群特點

①人群密度大。由于超高層建筑建筑高度大這一特點，在可容納的人數上相較于其他建筑上占據很大的優勢。一般超高層建筑會提供辦公、商業、觀光、休閑等服務，吸引著有各種需求的人來往。如廣東省的廣州塔，集都市光、高空娛樂、時尚餐飲、文化教育、休閑購物等多功能于一體，自2023年暑假以來日均客流約8700 人次，單日最高客流11500 人次。

②樓梯坡度大。我國《民用建筑設計統一標準》GB50352-2019 規定超高層建筑核心筒內樓梯踏步最大高度為0.180m，在我國規范規定的公共的樓梯踏步最大高度中超高層建筑位居第一，如其規范規定踏步建筑樓梯踏步最大高度為0.175m。

③人群心理素質難以預測。心理素質包括情緒、認識能力、情感等方面，心理素質潛藏在人們的內心，在突發事件發生之前難以預測人群中每個人的心理素質是否良好。在突發事件來臨時，迅速聚集的大量人群將帶來大量的不可預測性，此時冷靜、理性、樂觀的心理狀態能指導人們做出科學的判斷，快速獲得逃生的可能，相反惶恐、急躁的狀態可能會盲目跟從，使得事故變得更加嚴重。

植物種類不同，其生長機制及規律也隨之呈現出了明顯的差異性特點，如果在風景園林施工階段忽略植物生長規律，工程效果就會出現偏差。因此，這就需要技術人員將植物生長規律與施工技術有機結合，選擇與之對應的栽植策略，促使植物能夠正常生長，從根本上降低植物死亡率。例如：部分植物在生長階段的需水指標較高，這就可以在樹葉的表面上噴灑防止水分大量蒸發的抑制液，滿足植物后續生長對水分的需求。

3 超高層建筑應急疏散擁擠踩踏事故形成機理

為充分發揮退休老校長優勢資源，進一步加強農村教師隊伍建設，加大教育扶貧力度，提高農村教育質量，河北省日前啟動實施“老校長下鄉”計劃。

圖1 超高層建筑踩踏形成機理示意圖

圖2 成拱現象

3.1 人群聚集階段

對于滯留階段，在超高層建筑安全通道、樓梯間入口等人群密度較高位置部署專業引導人員做好人員分流，保證各疏散樓梯得到較為均勻的使用，盡可能降低各樓梯間入口及樓梯間的人群密度。對像老弱病殘等行進速度較慢的“異質”人群提供一定的幫助，協助他們快速順利疏散逃生。

3.2 滯留階段

人群滯留這一狀態的形成源于空間與人群這兩方面的阻礙。空間方面的阻礙主要是樓梯間內部以及入口的空間有限，樓梯間作為突發事故來臨時超高層建筑疏散的主要通道，其數量和內部空間有時無法容納突發情況下迅速聚集的大量人群。人的阻礙主要體現在人群密度和群集行為。當人群密度達到一定數值時，人們的前進速度會降低，導致人群滯留。超高層建筑疏散中群集行為主要有“異質群集”[5]、“成拱現象”[5]。“異質集群”是指人流中存在行進速度較慢的人使其后面的人行進速度受阻。超高層建筑內人群構成復雜，故在疏散時不可避免地出現老弱病殘等“異質”人群行進速度較慢的情況，影響到后方的人，從而出現“異質現象”造成人群的滯留。“成拱現象”是大量的人流聚集于樓梯間入口并想要迅速進入樓梯間而形成的拱形人群。成拱現象造成人員之間行動互阻，很大程度上加重了人群的滯留。

3.3 擁擠階段

①建筑高度大。首先，超高層建筑的第一個特點就是建筑高度大。據1972年召開的國際高層建筑會議，將超過100m 或40 層的建筑規定為超高層建筑。我國《民用建筑設計通則》GB50352-2005 規定：建筑高度超過100m 時，不論住宅及公共建筑均為超高層建筑。目前全世界已建成的高度最大的超高層建筑阿聯酋迪拜的哈利法塔高達830m，且未來最高記錄也會不斷刷新。

3.4 踩踏階段

根據前文的分析，超高層建筑擁擠踩踏事故的形成機理主要分為人群聚集階段、滯留階段、擁擠階段和踩踏階段四個階段。因此，擁擠踩踏事故的防范主要從防范這四個階段來實施，每個階段超高層建筑安全管理部門做好相應的部署指揮工作。超高層建筑擁擠踩踏事故防范圖形演示如圖3 所示。

4 超高層建筑擁擠踩踏事故防范應對措施

當疏散進行到一定時間，由于超高層建筑高度大、樓梯坡度大的特點，人們體力消耗過多，加上火災中會產生大量的熱量和煙氣，且超高層建筑中可燃物種類繁多，燃燒釋放出的煙氣復雜，其中不乏眾多有毒氣體，CO 氣體在含量和人體傷害上位居第一。有研究表明，人體只可短時間忍受60℃的煙氣溫度，溫度越高，人體可忍受的時間越短；當人體處于CO 氣體濃度為200ppm 的環境下連續2-3 小時會輕微頭疼、乏力，CO 氣體濃度越高，對人體造成的傷害越致命[6]。體力透支加上由火災帶來的高溫及有毒氣體影響人們的狀態導致行人跌倒，前面行人的跌倒會使得后面行人因為慣性而跌倒，嚴重則會出現“塔羅牌”現象。

圖3 超高層建筑擁擠踩踏事故防范示意圖

4.1 人群聚集階段

對于人群聚集階段主要采取干預手段，高效合理應用各類安全警示設備設施輔助疏散順利進行。在突發事件來臨時，及時開啟聲光報警系統，提醒人員突發緊急情況，為后續準備工作爭取更多時間。在人群疏散的初期，正確、及時的信息傳遞十分重要，可以避免人群因收不到信息或是收到錯誤信息而出現從眾等行為。安全管理部門應在人群聚集前充分利用智能化動態疏散指示標志、廣播系統等安全警示設備設施及時做好人群疏散預測和人群分流工作，合理地對人群進行疏散引導，防止出現局部人群密度過大的情況。

“機理”指事物所遵循的內在邏輯和發展規律[4]，踩踏事故的形成機理包含了事故觸發的整個過程。超高層建筑踩踏形成機理圖形演示如圖1 所示。

4.2 滯留階段

當超高層建筑出現火災、異常振動等突發事件時，人群會通過樓梯疏散至超高層建筑外，或是通過樓梯通往超高層建筑避難層。在突發事故的影響下，基于逃生的本能，在人員安全意識和技能薄弱的情況下，激發從眾行為，人群行進速度加快，短時間內消防通道、樓梯間入口聚集大量人群。隨著疏散時間的推移，人群不斷聚集，導致局部人群密度不斷擴大，個體活動的空間不斷減小。此階段人群相對集中，但尚未出現明顯的體力消耗、人員跌倒，還未達到擁擠踩踏的強度值，擁擠踩踏事故發生的幾率較低。

這26件雕塑在規劃分布上是以《沙丘》《視界》為中軸線，向四周分布。根據地形，布置得高低錯落，起伏有序，節奏合度。既考慮到雕塑之間在視覺上的相互關系；又考慮到每個單體之構造特點。既考慮到各個視角的觀看效果；又考慮到其整體的空間滲透與場域圍合。

4.3 擁擠階段

對于擁擠階段，各位置部署的引導人員及時勸止推擠、碰撞等不良應急疏散行為，指導被疏散人群保持冷靜，聽從指揮，合理有序地按照引導路線疏散。對于擁擠環境下人群產生的恐懼心理，安全管理部門要做好平息人群情緒，具體可通過廣播的形式和引導人員及時與人群溝通的方式實現人群情緒的安撫。疏散時間過長，人群體力消耗過多，甚至會出現體力透支的情況，這時可以將部分體力透支的人員引導疏散到避難層。避難層是超高層建筑中用于緊急避難的樓層，避難層耐火等級高，其內部有完善的應急照明、應急廣播等應急設備，可為疏散過程中的臨時避難人員提供足夠的保護[7]。

當然，現在的線上線下混合式教學改革還只是邁出了一小步，還存在許多問題值得我們進一步反思和研究，如：在應用中如何對學生的自主學習過程進行設計與監測、該模式應用效果如何從量化的角度加以論證與評價等，本文只是拋磚引玉，期待在現今的教學改革中激起一片小小漣漪。

4.4 踩踏階段

對于踩踏階段出現單個人員跌倒時，引導人員應該及時叫停后面的人群，避免更多的人員跌倒。人員跌倒會觸發人群惶恐、焦急等不良情緒，引導人員應該保持冷靜和自信，不斷地通過語言安撫、鼓勵人群，給他們足夠的安全感，保證人群撤離有序、順利地進行。

根據表1比較結果及工程現場實際情況，填筑料場位于項目區河道內，儲量190.68萬m3，距工程區平均運距500m，土石籠袋填筑料各項試驗指標滿足質量要求。綜合分析選用土石籠袋護岸形式更適宜。

5 結論

根據改進的人群擁擠踩踏事故風險四階段理論，將超高層建筑擁擠踩踏事故形成階段分為人群聚集、滯留、擁擠、踩踏四個階段。人群聚集階段主要是由火災、異常振動等突發事故引發；人群滯留階段由空間、人群本身和外物三個方面阻礙形成；擁擠階段的形成主要是由于滯留時間長、人群非常態化情緒和人群密度達到峰值；踩踏階段的誘發主要是單個人員的摔倒導致更多人員摔倒。超高層建筑擁擠踩踏事故防范應對措施從形成機理出發，對每個階段安全管理部門做好應急管理工作來防范踩踏事故的發生。